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Fundamentos para a Arquitetura de
Redes
Prefácio
Patterns in Network Architecture
Arquitetura de Redes (2016.1)
Motivação do Livro
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Reflexão após 35 anos de estudo de redes
Quais princípios, regras gerais, diretrizes podem ser
extraídas daquilo que vimos, independentemente de
política, religião e as restrições da tecnologia?
Busca por padrões que levaram a uma grande redução
na complexidade:
A estrutura de redes se apresentou muito mais simples do
que imaginávamos.
 Recursos como Multihoming, mobilidade e escala tornam-se
consequência da estrutura resultante e não uma
complexidade a ser adicionada!

Arquitetura de Redes (2016.1)
A ARPANET
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
“Um dos grandes problemas com a ARPANET é que
acertamos muito desde o início”
 Não

foi necessário endereçar problemas extremos.
Diversas vezes quando se apresentava uma
dicotomia, foi encontrada uma síntese simples na
qual os dois extremos eram “apenas” casos
degenerados.
E
nos indicavam algo que não havíamos entendido
anteriormente.
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Questões fundamentais na transição
da ARPANET para a Internet
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Substituição do NCP:
 Percebeu-se
que o protocolo Host-Host não escalaria
para grandes redes (alguns milhares de hosts)
 O canal de controle compartilhado por todos os hosts
era um gargalo.
 O protocolo era complexo e ligado muito fortemente à
natureza da subrede de IMPs.
 Que tipo de protocolo deveria substituí-lo?
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Questões fundamentais na transição
da ARPANET para a Internet
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Limpando a estrutura:
A
implementação inicial da ARPANET não estava tão
claramente dividida em camadas.
 Qual seria a arquitetura correta para redes
heterogêneas de compartilhamento de recursos?

As camadas mais altas:
 Havia
apenas três aplicações básicas: Telnet, FTP e
RJE)
 Com o que se pareceriam as camadas mais altas?
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Questões fundamentais na transição
da ARPANET para a Internet
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
Nomes de aplicações e diretório:
 Sockets
bem conhecidos eram uma medida temporária:
havia apenas três aplicações e apenas uma instância
de cada uma delas em cada host.
 Com o que se pareceriam a nomeação e
endereçamento em redes?

Multihoming:
 Precisamos
de espaços de endereço separados para
os nós e para as interfaces.
 Qual seria a natureza deste endereçamento
“lógico”?
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Questões fundamentais na transição
da ARPANET para a Internet
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Endereços dependentes de localização:
O
que a dependência de localização significa em
uma rede?
 Sem

ser dependente da rota?
Adoção da abordagem sem conexão:
 Quais
são as propriedades do modelo sem conexão
e a sua relação com conexões e como ela escalaria
em um sistema de produção?
 Haveria um único modelo que englobasse as duas
como casos degenerados?
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Convergindo para o TCP
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Competidores para a substituição do NCP:

(1) XNS – Pacote sequenciado, semelhante ao (2)
CYCLADES TS
Protocolos de transporte com pacotes sequenciados e janela
dinâmica com múltiplos tipos de PDUs, estabelecimento, liberação,
ack e controle de fluxo.
 Ambos separavam as funções de transporte e de rede de forma
análoga ao TCP e IP.


(3) Delta-t


Mecanismo de sincronização robusto baseado em temporizadores
que eliminava o estabelecimento de conexão e usava PDUs
diferentes para ack e controle de fluxo.
E, naturalmente, (4) TCP
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Questões em relação ao TCP
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Formato único da PDU
 Preocupação
em simplificar o processamento.
 Mas, nas implementações atuais, são tratados como
pacotes distintos (baseados em syns, fins e acks)

Formato único tinha a vantagem de permitir acks
de carona.
 Na
época estimou-se uma economia de 35 a 40%, mas
a maioria das aplicações transmitiam um caractere por
vez e que era ecoado.
 A economia hoje é de apenas 10%.
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Por que o TCP foi escolhido?
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


À exceção do delta-t, não havia muita diferença
entre eles.
As questões apresentadas aqui não eram bem
entendidas na época.
Havia uma expectativa de que seria usado por um
breve período de tempo na rede experimental e
depois seria substituído.
Mas, o principal motivo foi que a Internet era um
projeto do DoD e o TCP foi pago pelo DoD.
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Separação do IP
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
A separação do IP do TCP era uma necessidade.
Mas, esta separação não resolveu o problema do
multihoming. O IP continuou a nomear a interface.
O
IP foi separado em 1975 pouco depois da
identificação do problema.
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Saltzer sobre endereçamento
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Em 1982, Jerry Saltzer (MIT) publicou um dos
artigos mais citados sobre nomeação e
endereçamento em redes de computadores:
 Nomes
de aplicações, mapeadas em
 Endereços de nós, mapeados em
 Endereços de conexões, mapeados em
 Rotas.

Mas, não identificou o que significaria em redes a
dependência de localização num grafo.
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Crescimento das tabelas de Hosts
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

Desde o início da ARPANET, o NIC mantinha um arquivo
texto com a lista dos hospedeiros e seus endereços IMP.
A frequência de atualizações começou a aumentar e
fez-se necessária a criação de um diretório.
Esta era uma oportunidade para resolver os problemas
com o endereçamento, mas havia muito poucas
aplicações e cada host tinha apenas uma delas...
DNS surgiu como um substituto para traduzir nomes de
hosts em endereços IP.
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Outros desenvolvimentos
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Colapso por congestionamento (1986)
O
controle de congestionamento seria mais fácil numa
rede orientada a conexões...
 Esquema de prevenção de congestionamento no TCP
proposto por Van Jacobson
 Assume
que as principais aplicações estejam usando TCP.
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Outros desenvolvimentos
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SNMP (final dos anos 80)
A
ARPANET sempre teve um bom gerenciamento da
rede.
 Optou-se por fugir da inovação representada pelo
HEMS (High level Entity Management System): protocolo
extensível, orientado a objetos e dirigido por eventos

Web (início dos anos 90)
A
primeira grande nova aplicação em 20 anos
 Sem uma estrutura de nomeação das aplicações foi
necessário desenvolver o seu próprio esquema de
nomeação (URLs).
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Outros desenvolvimentos
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IPng (início dos anos 90):
 Reação
ao OSI terminou levando ao IPv6 que apenas
aumenta o comprimento dos endereços.
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Tráfego autossimilar das redes (1994)
 Suspeitas
de que a autossimilaridade fosse um artefato
produzido pelo controle de congestionamento do TCP
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Reflexões do Autor
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Iniciadas no início dos anos 90, feitas no seu tempo
livre...
Questões principais:
 Encontrar
uma síntese entre redes com conexão e sem
conexão
 Nomeação e endereçamento (o que significa ser
dependente de localização)
 Separação entre mecanismo e política
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Resultados
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Modelo muito mais simples de redes
Este livro resolve todos os nossos problemas?
 Dificilmente,
mas:
 Estabelece
uma base sobre a estrutura fundamental sobre a
qual uma teoria geral de redes pode ser construída.
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